Laboratory studies of ion-molecule reactions with molecular and atomic hydrogen at temperatures relevant to astrochemistry

Abstract

V této práci jsou prezentovány výsledky laboratorního výzkumu ion-molekulových reakcí při nízkých teplotách, kde jedním z reaktantů byl atomární nebo molekulární vodík anebo molekulární deuterium. U reakcí atomárních iontů N+ a H+ s molekulárním vodíkem byl studován vliv konfigurace jaderných spinů a rotační excitace na rychlostní koeficienty těchto reakcí a jejich závislost na teplotě. Studium reakcí aniontů bylo spojeno s výzkumem reakcí izotopické výměny a izotopického efektu. Byla provedena měření rychlostních koeficientů tvorby molekul H2O a D2O v reakcích O- s H2 a D2, reakcí izotopické výměny OH- + D2 a OD- + H2 a také byly studovány reakční kanály asociativního odtržení a přenosu náboje v reakci D- + H. Experimenty byly prováděny na aparatuře AB-22PT s iontovou pastí. Tato aparatura zahrnuje systémy pro tvorbu, vedení, záchyt a detekci iontů a také samostatný zdroj atomárního H. Chladící systém umožnil měření teplotních závislostí rychlostních koeficientů při teplotách relevantních pro astrochemii (10 K - 300 K).

The results of the laboratory study of reaction rate coefficients of several ion- molecule reactions with atomic and molecular hydrogen and molecular deuterium at low temperatures are presented in the thesis. The reaction rate coefficients of the N+ and H+ reaction with H2 were measured with respect to the nuclear spin configuration and rotational excitation of H2. The reactions of anions were a subject of the isotope exchange and isotope effect study. The measurements of the rate coefficients of H2O and D2O formation in the reaction of O- with H2 and D2, isotope exchange reactions OH- + D2 and OD- + H2, and associative detachment and charge transfer channels of D- + H interaction were performed. Experiments were carried out using an AB-22PT instrument with an ion trap. It has producing, guiding, trapping, and detecting systems for ions and a separate source of atomic H. The cooling system allowed to measure the temperature dependencies of the reaction rate coefficients at temperatures relevant to astrochemistry (10 K - 300 K)